Barytine

La barytine (ou baryte, voir les synonymes) est une espèce minérale composée de sulfate de baryum de formule BaSO4 avec des traces de Sr, Ca et Pb. Ce minéral, d'origine hydrothermale, présente de nombreuses variétés. Sa densité et le baryum qu'il contient sont les causes principales de ses utilisations industrielles et plusieurs millions de tonnes de barytine sont extraits et produits chaque année.

Barytine
Catégorie VII : sulfates, sélénates, tellurates, chromates, molybdates, tungstates[1]

Barytine
Général
Classe de Strunz
07.AD.35
Classe de Dana
28.3.1.1
Formule chimique BaO4S BaSO4
Identification
Masse formulaire[2] 233,39 ± 0,013 uma
Ba 58,84 %, O 27,42 %, S 13,74 %,
Couleur incolore, parfois blanc, jaune
Classe cristalline et groupe d'espace dipyramidale
Pnma
Système cristallin orthorhombique
Réseau de Bravais Primitif P
Clivage parfait sur {001} et {210}, bon sur {010}
Cassure irrégulière, conchoïdale
Habitus cristaux aplatis selon (001),
parfois lamellaires
Échelle de Mohs 3 - 3,5
Trait blanc
Éclat vitreux à résineux
Propriétés optiques
Indice de réfraction α=1,634-1,637
β=1,636-1,638
γ=1,646-1,648
Pléochroïsme incolore
Biréfringence Δ=0,012 ; biaxe positibr>2V = 36-38°f
Fluorescence ultraviolet oui et thermoluminescence
Transparence transparent, translucide à opaque
Propriétés chimiques
Densité 4,48
Température de fusion décomposition[3] : 1 600 °C
Fusibilité fond à la flamme et donne une boule blanche
Solubilité soluble dans HI[4],

dans H2SO4 concentré chaud
Comportement chimique colore la flamme en vert jaunâtre (rouge carmin si présence forte de Sr, structure célestine)
Propriétés physiques
Magnétisme aucun
Radioactivité aucune
Précautions
Directive 67/548/EEC
SIMDUT[5]

Produit non contrôlé
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

Historique de la description et appellations

Inventeur et étymologie

Décrite en 1800 par le minéralogiste allemand Karl Johann Bernhard Karsten (1782 – 1853), la barytine doit son nom au grec ancien βαρύς signifiant « lourd »[6]. Ce nom est utilisé pour la première fois au XIXe siècle pour caractériser un minéral qui formait une gangue dans certains gîtes métallifères. L'orthographe francophone est due à Beudant.

Synonymes

Caractéristiques physico-chimiques

Critères de détermination

Ce minéral cristallise généralement sous forme de cristaux aplatis, parfois lamellaires. Sa couleur est variable car bien que parfois incolore, il peut aussi être blanc-grisâtre, jaunâtre ou brunâtre, parfois un peu teinté de rouge, vert ou bleu, parfois zoné ou changeant de couleur selon l'exposition à la lumière. Ces cristaux ont un éclat vitreux, parfois résineux. Le trait de la barytine est blanc. Sa densité mesurée (4,50 g/cm3) est très sensiblement égale à sa densité calculée (4,47 g/cm3)[19].

Au chalumeau, la barytine décrépite et fond à 1 580 °C en colorant la flamme en vert jaune (baryum). Elle est soluble dans l'acide sulfurique concentré, à chaud, et dans l'acide iodhydrique.

La barytine peut parfois émettre une fluorescence ou une phosphorescence de couleur crème lorsqu'elle est excitée par des rayonnements ultraviolets[19]. Elle est de plus parfois thermoluminescente. Il est classique d’attribuer à Vincenzo Cascariolo (vers 1603) la découverte accidentelle de la thermoluminescence de ce minéral, à la suite de l’observation de l’émission de lumière par des nodules de barite qu’il avait fait chauffer. Ces nodules provenant de la région de Bologne (Mont Paterno) avaient alors pris le nom de lapis Boloniensis, « pierre de Bologne », « pierre magique », « boulonite », ou « lithéosphore »[20],[21],[22],[23] .

Variétés
  • Angleso-barite (Hayakawa & Nakano 1912) : variété plumbifère de barytine[24].
  • Calcareobarite (Thomson 1836) : variété de barytine riche en calcium[25].
  • Calstronbarite (le) (Shepard 1838) : variété de barytine riche en calcium et strontium, décrite par Shepard sur des échantillons de l'État de New-York, très thermoluminescente[26].
  • Celestobarite (Dana 1868) : variété de barytine riche en strontium, décrite par James Dwight Dana[27].
  • Hokutolite : variété de barite riche en plomb avec des traces de strontium, mais aussi dans une moindre mesure de radium, déposés par des sources chaudes très acides. De formule idéale (Ba,Pb)SO4. Le terme est inspiré du nom du topotype Hokuto springs, New Taipei, Taiwan[28].
  • Radiobarite : variété de barite riche en radium de formule idéale (Ba,Ra)SO4[29].
  • Strontiobarite : variété de barite riche en strontium, synonyme de celestobarite: une solution solide de formule (Ba,Sr)SO4[30].
  • Rose des sables : variété d'habitus qui est très connue pour le gypse mais qui existe aussi pour la barytine.

Cristallochimie

Le barytine est le chef de file d'un groupe de minéraux dits isostructurels, c'est-à-dire qu'ils ont tous une même structure cristallographique, ici orthorhombique, et conséquemment, une formule chimique qui répond à un motif général, ici au terme général A(SO4), où A peut être le plomb, le baryum, le strontium ou le chrome.

Groupe de la barytine
Minéral Formule Groupe ponctuel Groupe d'espace
AnglésitePb(SO4)mmmPbnm
BarytineBa(SO4)mmmPnma
CélestineSr(SO4)mmmPbnm
Hashemite(Ba,Cr)(SO4)mmmPnma

Cristallographie
Maille conventionnelle de la barytine. Jaune : S, vert : Ba, rouge : O.

Le système cristallin de la barytine est orthorhombique de classe dipyramidale ; son groupe d'espace est Pnma. La maille conventionnelle contient Z = 4 unités formulaires, ses paramètres sont = 8,896 Å, = 5,462 Å, = 7,171 Å (V = 348,44 Å3)[31]. La masse volumique calculée est de 4,45 g/cm3.

Les atomes de baryum sont en coordination 12 d'oxygène. La longueur de liaison Ba-O moyenne est 2,96 Å.

Les atomes de soufre sont en coordination 4 d'oxygène, formant un polyèdre de coordination tétraédrique. La longueur de liaison S-O moyenne est 1,48 Å, l'angle de liaison O-S-O moyen est 109,5°. Les tétraèdres SO4 sont isolés les uns des autres dans la structure de la barytine.

Gîtes et gisements

Gîtologie et minéraux associés

D’origine hydrothermale, la barytine se présente souvent en mélange isomorphe avec l'anglésite et la célestine. On trouve la barytine dans les filons de basse température avec calcite, dolomite, fluorine, sphalérite, rhodochrosite, stibine, galène[19] et sulfosels de plomb, ainsi qu'en lentilles dans les calcaires, comme ciment dans les grès et arkoses, et dans les sources thermales. D'importants gisements de barytine se situent dans des paléokarsts, à l'interface entre socle et couverture sédimentaire.

Gisements producteurs de spécimens remarquables
Allemagne
  • Dreislar, Saxe
  • Pohla, Saxe
Canada
États-Unis
France
Italie
Maroc
République démocratique du Congo
République tchèque
Roumanie
Royaume-Uni

Exploitation des gisements
Mine de barytine abandonnée près d'Aberfeldy, Perthshire, en Écosse.

Comme charge minérale

La barytine est utilisée dans le papier, les plastiques, les peintures, les vernis. Dans l'industrie pétrolière, elle est employée comme boue lourde pour augmenter la densité des fluides de forages et éviter les fuites des gaz.

Comme absorbeur de rayons gamma

Elle peut également entrer dans la composition du béton afin d'augmenter considérablement sa densité et son impénétrabilité aux rayons gamma[38]. Ce type de béton est généralement utilisé pour la construction de bâtiments servant pour des tirs radiologiques, ou certains bâtiments des centrales nucléaires.

Comme source de dérivés du baryum

La barytine est l'une des principales sources de baryum. Opaque aux rayons X, ce produit toxique est utilisé en médecine, sous une forme insoluble peu dangereuse (sulfate de baryum), pour visualiser le cheminement du bol alimentaire dans le tube digestif. Il permet ainsi de mettre en évidence des fausses routes ou des fistules.

Le baryum sert aussi de base pour la composition de certains pigments comme le « jaune de baryum » ou « jaune de baryte ». Peut-être pour éviter d'évoquer la toxicité du baryum, ce pigment est parfois improprement dénommé « jaune d'outremer », les outremers étant normalement obtenus à partir d'aluminium et de silicium. Le jaune de baryum est composé de chlorure de baryum, de bichromate de potassium et de sodium[39]. Ce pigment a été créé par Leclaire et Barruel au début du XIXe siècle. Il ne semble plus utilisé du fait de sa toxicité et de sa tendance à verdir peu à peu lorsqu'il est exposé à la lumière. Il présenterait aussi des incompatibilités avec certaines couleurs[40].

La barytine permet aussi la production de carbonate de baryum (BaCO3), utilisé dans la fabrication de verre (télévision, optique) et de glaçures de céramique et porcelaine[38].

En joaillerie

Les gemmes sont taillées comme pierres fines.

Production de barytine

La production mondiale de barytine s'élevait à 7,9 millions de tonnes en 2005[41]. Les principaux pays producteurs sont la Chine (4,100 Mt en 2005), l'Inde (1,189 Mt en 2005), les États-Unis (0,500 Mt en 2005) et le Maroc (0,475 Mt en 2005)[41]. À titre comparatif, la France en produit 81 000 t et le Canada 23 000 t[41].

Galerie
  • Villamassargia, Sardaigne, Italie (9×6 cm)
  • Mine Niobec, Québec (9,5×8 cm)
  • Côte d'Abot, Puy-de-Dôme, France (13×11,5 cm)
  • Příbram, Bohème, Tchéquie (Xls 1,27 cm). Coll. Auguste Michel-Lévy
  • Mine de Baia Sprie, Roumanie (21×11 cm)
  • Mine de Mibladen, Maroc (33×32 cm)
  • Cristal de barytine (7x12cm) Carrière de Glageon (F)

Notes et références
  1. La classification des minéraux choisie est celle de Strunz, à l'exception des polymorphes de la silice, qui sont classés parmi les silicates.
  2. Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
  3. SULFATE DE BARYUM, Fiches internationales de sécurité chimique
  4. (en) Thomas R. Dulski, A manual for the chemical analysis of metals, vol. 25, ASTM International, , 251 p. (ISBN 0-8031-2066-4, lire en ligne), p. 76
  5. « Sulfate de baryum » dans la base de données de produits chimiques Reptox de la CSST (organisme québécois responsable de la sécurité et de la santé au travail), consulté le 25 avril 2009
  6. MINER Database de Jacques Lapaire - Minéraux et étymologie
  7. Alexandre Brongniart, Introduction à la minéralogie, ou exposé des principes de cette science, 1825, p. 154
  8. (en) Richard Kirwan, Elements of Mineralogy, , 1re éd. (lire en ligne), p. 136
  9. Antoine François Fourcroy (comte de), Élémens d'histoire naturelle et de chimie, 1786, p. 325
  10. Émile Benoît, Traité des manipulations chimiques et de l'emploi du chalumeau, 1854, p. 393
  11. François Sulpice Beudant, Traité élémentaire de Minéralogie, 1824, Paris, p. 441
  12. Jean-Claude Delamétherie, Théorie de la Terre, 1797, 2e éd., 5 volumes, Paris: 2, p. 8
  13. Jean-Claude Delamétherie, Théorie de la Terre, 1797, vol. 2, p. 25
  14. Armand Dufrénoy, Annales de chimie et de physique, 1835, Paris: 60, p. 102
  15. (en) Charles Hutton, George Shaw et Richard Pearson, dans Philosophical transactions of the Royal Society of London, vol. 15, 1809, p. 549
  16. Alfred Lacroix, dans Comptes rendus de l’Académie des sciences de Paris, vol. 108, 1889, p. 1126
  17. Traité de Cristallographie de M. Rome de Lisle, tome II, p. 5 et suiv.
  18. Albert Auguste Cochon de Lapparent, Cours de minéralogie, 1908, p.755
  19. (en) John W. Anthony, Richard A. Bideaux, Kenneth W. Bladh et Monte C. Nichols, Handbook of Mineralogy, Chantilly (Virginie), Mineralogical Society of America (lire en ligne)
  20. Harvey E. Newton (1957). A History of Luminescence: From the Earliest Times until 1900. Memoirs of the American Physical Society, Philadelphia, J. H. FURST Company, Baltimore, Maryland (USA), Vol. 44, Chapter 1, pp. 11-43.
  21. (en) Luminescence applications in biological, chemical, environmental and hydrological sciences, Marvin C. Goldberg, , 255 p.
  22. Philippe F. Smet, Iwan Moreels, Zeger Hens et Dirk Poelman, « Luminescence in Sulfides: A Rich History and a Bright Future », Materials, vol. 3, no 4,‎ , p. 2834–2883 (ISSN 1996-1944, DOI 10.3390/ma3042834)
  23. Hardev Singh Virk, « History of Luminescence from Ancient to Modern Times », sur ResearchGate, (consulté le )
  24. (de) Masataro Hayakawa et Tomonori Nakano, « Die radioaktiven Bestandteile des Quellsedimentes der Thermen von Hokuto, Taiwan », Zeitschrift für Anorganische und Allgemeine Chemie, vol. 78, no 1,‎ , p. 183-190 (DOI 10.1002/zaac.19120780115)
  25. T. Thomson, Outlines of Mineralogy, Geology, and Mineral Analysis, 1836, 2 volumes, London: 1, p. 105
  26. (en) Shepard, dans American Journal of Science, vol. 34, 1838, p. 161
  27. James Dwight Dana, George Jarvis Brush (1868) A System of Mineralogy: Descriptive Mineralogy, John Wiley & Sons, New York (NY), 5e éd., 827 p., p. 617
  28. Okamoto, dans Wada's Minerals of Japan, no 4, 1912, p. 178
  29. (en) Eberhardt William Heinrich, Mineralogy and geology of radioactive raw materials, 1958, p.127
  30. Sciences de la terre: Mémoires, vol. 26-28, 1962, p. 121
  31. ICSD No. 154 286 ; (en) Michihiro Miyake, Ichiro Minato, Hideki Morikawa et Shin-ichi Iwai, « Crystal structures and sulphate force constants of barite, celestite, and anglesite », American Mineralogist, vol. 63, nos 5-6,‎ , p. 506-510 (lire en ligne)
  32. (en) I. Kennedy et G. Gagon, « Barite from the Niobec Mine Chicoutimi », dans Quebec. Mineralogical Record, vol. 12, 1981, p.355-357
  33. Pierre Thomas, « La barytine de la Côte d'Abot (Puy de Dôme) et autres barytines jaune miel d'Auvergne », sur planet-terre.ens-lyon.fr,
  34. (en) J. Tobbe, « Famous mineral localities: Příbram Czechoslovakia », dans Mineralogical Record, vol. 12, 1981, p. 157-165
  35. (en) M. Borcos, B. Lang, S. Bostinescu et I. Gheorghita (1975): « Neogene hydrothermal ore deposits in the volcanic Gutii Mountains », III. Dealul Crucii-Baiut district
  36. (en) A. Herja, « Baia Sprie and Suior ore deposits », dans Revue Roumaine de Géologie, Géophysique et Géographie: Géologie, vol. 19, p. 21-35
  37. (en) Charles Palache, Harry Berman et Clifford Frondel, The System of Mineralogy of James Dwight Dana and Edward Salisbury Dana, Yale University 1837–1892, vol. II : Halides, Nitrates, Borates, Carbonates, Sulfates, Phosphates, Arsenates, Tungstates, Molybdates, etc., New York (NY), John Wiley and Sons, Inc., , 7e éd., 1124 p., p. 412
  38. Barytine sur L'Encyclopédie canadienne
  39. André Béguin, in Jaunes
  40. Bontinck cité par A. Béguin, repris in Jaunes
  41. [PDF] (en) L.E. Hetherington, T.J. Brown, A.J. Benham, P.A.J. Lusty, N.E. Idoine, World mineral production : 2001-2005, Amersham, Buckinghamshire, British Geological Survey, , 81 p. (ISBN 978-0-85272-592-4, lire en ligne), p. 7 du livre ; 13 du pdf

Voir aussi

Liens externes
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